光沒有質量,為什麼會被黑洞吸進去?或許是自己跑進去的

2020-08-28 趣談科學

光沒有質量,黑洞為什麼可以吸住光?光並不是被黑洞吸進去的,而是自己走進的。

關於引力,目前有兩種描述:

(1)牛頓經典物理,萬有引力

(2)愛因斯坦廣義相對論,時空幾何

牛頓萬有引力,被黑洞「吞噬」的光

宇宙質量為王,想要成為黑洞需要足夠的大的質量,除此之外還有另外一個關鍵因素:密度。演變成黑洞的恆星質量比黑洞還大,但它卻無法把光吸進去,因為它體積(半徑)太大,不夠密集,因此單位空間內的質量大小才是決定引力的關鍵因素,光之所以無法逃脫黑洞就是因為黑洞足夠的緻密,例如火箭可以飛出地球,但如果把地球壓縮到玻璃球大小就會成為一個「超小型」黑洞(忽略蒸發),那麼當光進入這個超小黑洞時也無法逃脫。

火箭可以升空,小球拋出去會落回地面,這主要取決於逃離地球的速度。

  • 山上的炮彈會因為引力下落,但實際上它會比我們預想中跑得更遠,因為地球是圓的,我們不能以地面是平的來衡量它。

  • 如果炮彈達到一個更快的速度,炮彈就有可能在引力的作用下,繞地球旋轉。

  • 如果炮彈繼續加大炮彈的速度,那麼就可以像火箭一樣擺脫地球的控制,即成功逃逸。

環繞地球運行的速度,我們稱之為地球的第一宇宙速度,火箭的速度我們稱之為逃逸速度。

通過牛頓定律和萬有引力公式我們可以得到逃逸速度的公式。

由逃逸速度可以看出,一個天體的逃逸速度主要取決於天體本身的質量(正比)與天體本身的半徑(反比),並且與逃逸的物質本身的質量大小無關。一個天體的逃逸速度越大,也預示著天體的引力越強,當一個天體的質量足夠大,半徑足夠小,導致它的逃逸速度大於光速,那麼光將無法從這個天體逃脫。宇宙中很多恆星的質量都很大,但只有黑洞的半徑(體積)才足夠小,因此大質量恆星只能使光線發生偏轉,只有黑洞才可以吞噬光。

黑洞的形成

天體的質量越大,引力坍縮的作用就越強,內部相互擠壓,物質向內收縮。當質量足夠大,內部高溫高壓下就會觸發核聚變,向外輻射能量來抵抗天體向內收縮。當核聚變的燃料用盡,恆星就會繼續收縮。

根據泡利不相容原理,兩個(以上)電子不能佔據相同的量子態,電子簡併壓力可以抵擋引力進一步坍縮,然後如果恆星的質量超過錢德拉塞卡極限(1.44個太陽),那麼電子就會被壓入原子核中,使帶正電的質子轉變成中子,並釋放能量和中微子,此刻恆星就會成為一顆全部由中子構成的中子星,有中子簡併壓力來阻擋引力進一步坍縮。

如果恆星的質量超過奧本海默極限(3.2個太陽),那麼中子簡併壓力也抵擋不了引力坍縮成奇點

奇點是一個點,物質之所以會坍縮成一個點是因為物質由費米子與玻色子構成,玻色子在費米子之間傳遞著能量,使物質可以維持穩定結構,光子、膠子等玻色子靜態質量都為零以光速運動,當引力足夠大,使光速運動的玻色子路徑發生扭曲,那麼物質的結構將會崩塌,所有物質都會被拆解成零維的粒子,甚至更小的人類未知的粒子。

愛因斯坦「走錯路」的光

在愛因斯坦的《廣義相對論》中,引力不是「力」,而是一種現象,是時空幾何性質。

惠勒解讀《廣義相對論》中的引力說:

Spacetime tells matter how to move; matter tells spacetime how to curve。

物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動

1919年愛丁頓在日食觀測發現了太陽背後遠處星系的光線在經過太陽時發生了偏轉,通過太陽質量「壓彎」了時空,光線通過彎曲的時空,改變了原來的「直線」路徑,使光線所呈現的星系位置與實際位置發生了偏移證實了《廣義相對論》。

奇點存在於點單位空間內,這是大質量恆星「濃縮」的一個點,以極大質量的「一點之力」彎曲了空間,曲率極大。光是沿直線傳播的,這一點自始至終都沒有改變,改變的是空間。兩個點間穿過一條線,兩點間路徑最短的是直線。光在經過彎曲空間時也遵循著這條定理,彎曲的空間中的直線是測地線。

黑洞由於曲率極大,所有路徑都指向了奇點,因此一旦光靠近黑洞光也逃脫不出的曲率臨界點,那麼它將沿著「它所認為的直線」自願地走向奇點,這並非是引力把它拉進去的。而這個臨界點就是視界,在視界半徑內所有的光都走向了奇點,因此在視界內毫無光明可言,形成視覺的界限,我們把這個奇點在中心,視界「包裹」著它的天體叫做黑洞。

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    黑洞的邊界——事件視界,把奇點周圍的時空包圍起來。由於黑洞的視界是一個有去無回的邊界,所以外界的觀察則無法知曉黑洞之中的情況,這就是為什麼黑洞會如此的神秘。那麼,正如題主所問,如果人被吸入黑洞之中會怎樣?對於恆星級黑洞,當逐漸靠近黑洞的視界時,人所受到的引力作用越來越強,導致下落速度會越來越快。
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  • 黑洞吸進去的東西去哪了?科學家:進去後就不是「東西」了
    黑洞吸進去的東西去哪了?,黑洞中的引力其實並不是我們常說的"力",它其實是一種由於質量而造成的時空效果,而光其實也並不被力給吸進去的,反而是光自願順著時空效果而進去的,所以其他的東西進入黑洞,基本上也是出於一個"被迫自願"的狀態。
  • 光沒有質量,為什麼黑洞可以吸進去?
    從牛頓的萬有引力定律分析來看,黑洞能吸引住光線的理論就是鬼扯,但在1919年英國天文學家愛丁頓爵士卻帶隊驗證了太陽的引力彎曲了光線這一重大的相對論預言,相信大家都知道這個兩個著名的科學小故事,但仍然對引力能吸引光這個理論雲裡霧裡,因為廣義相對論和牛頓萬有引力定律打架了嘛。
  • 假如有一天太陽變成了黑洞,那麼地球以及其它星體會被吸進去嗎?
    如果太陽真的變成一顆黑洞,那麼地球會被變成黑洞的太陽吸進去嗎?黑洞的引力不是大到連光都脫離不了嗎?為什麼水星和地球不會被吸進去呢?黑洞的引力並不是無限大,只要離得夠遠,就不會被黑洞吸進去。黑洞就像吸塵器一樣,只有距離近的灰塵才會被吸塵器吸進去,吸塵器對距離遠的灰塵不會有影響。
  • 為什麼光沒有質量,卻會被黑洞吸引?愛因斯坦:它是自願的
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    離地球這麼近,會不會把我們吸進去?北京天文館名譽館長朱進介紹,這個黑洞是歐洲南方天文臺在觀測一個編號為HR6819的雙星系統時發現的。這個雙星系統位於南半天球的望遠鏡座,離孔雀座和天壇座都比較近,亮度為5.4等。
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    光是「自願」走進黑洞的,當它越過黑洞視界,時空的方向都指向黑洞中心,無路可選,只能進入黑洞。,意味著質量越大,體積(半徑的立方)越小的星球,越難以逃逸(黑洞:這不就是在說我嘛,任何物質,包括光都不行)。
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  • 光子沒有質量為什麼會被黑洞吸引?看完後瞬間明白了!
    我們的宇宙誕生於138億年前的大爆炸,如果沒有那場大爆炸,今天世界將不復存在,你我也不會出現。黑洞是宇宙中最為神秘的天體,它的質量、引力以及重力強到人類無法理解的程度,必要時黑洞的引力就連光都無法逃脫,那麼光子本身沒有質量,為啥還會被黑洞吸進去呢!
  • 光沒有質量,黑洞是如何把它吸住的?答案或許比你想像的更有趣
    很久以前人們就已經意識到了光的重要性,光的存在對於人類的發展是相當重要的,甚至有不少文人騷客以光為主題寫下了不少經典詩歌。其中流傳最廣的應該就是「我本可以容忍黑暗,如果我不曾見過太陽」了。雖然人們發現光的傳播速度非常之快,並且光還具有比較好的穿透性,人們利用光的這些特性研製出了不少關於光學的先進發明。但是當人們將研究對象改變為宇宙的時候,發現原來還有光都逃脫不了的地方。這個地方其實就是黑洞,並且確切來說黑洞其實是一種天體。黑洞可以說是目前人類發現的宇宙中最危險的一種存在,畢竟這種天體能夠吞噬一切,哪怕是光也會迷失在其中再也沒有辦法出來。
  • 如果身邊突然出現黑洞,被吸進去的人會經歷什麼?真是腦洞大開
    引言:大多數人對黑洞的認知基於它強大的吸引力,如果有黑洞突然出現在地球附近,整個地球都會被吞噬進去。那麼你是否有想過被吸進去之後會經歷些什麼呢?如此腦洞大開的問題當然需要天馬行空的現象!當我們給小孩子講關於黑洞的事情時,他們往往會好奇地問我們,黑洞裡面到底是什麼場景?從沒有見過黑洞的我們只能夠根據以往對黑洞的想像作出解釋,那裡是一個無盡黑暗的世界。得到答案的他們並不會就此罷休,會繼續問如果進入黑洞的話會發生什麼。這時候我們往往不會告訴他們最終的結局是死亡,因為死亡這個詞對於孩子來說壓力太大了。
  • 光沒有質量,為何還會被黑洞吞噬?相對論給出了答案!
    包括另一位偉大的物理學家霍金,生前他也不曾認為黑洞真的存在於宇宙之中,一直到今年人類歷史上第一張黑洞照片成功發表,人們才真正地意識到愛因斯坦之前在相對論中關於黑洞的一切推測或許都是對的,在相對論中愛因斯坦表示:只要一個物體存在質量,那麼它就非常有可能會引起時空的彎曲。
  • 黑洞吞噬一切,但光沒有質量,為什麼也會被黑洞吸引?
    ,且能夠將這些物質牢牢束縛在自己的史瓦西半徑之內。 沒有任何物質可以從黑洞之中逃逸而出,其中也包括宇宙中運動速度最快的光,而這也是黑洞名字的由來,既然進入黑洞的光無法再次出來,所以黑洞的視界內部便成為了一片永遠不可見的區域,對這片區域用「黑」來形容再恰當不過了。然而,這裡有一個令人不解的問題,那就是為什麼光無法從黑洞之內逃逸而出?
  • 黑洞吞噬一切,但光沒有質量,為什麼也會被黑洞吸引?
    沒有任何物質可以從黑洞之中逃逸而出,其中也包括宇宙中運動速度最快的光,而這也是黑洞名字的由來,既然進入黑洞的光無法再次出來,所以黑洞的視界內部便成為了一片永遠不可見的區域,對這片區域用「黑」來形容再恰當不過了。然而,這裡有一個令人不解的問題,那就是為什麼光無法從黑洞之內逃逸而出?極高的質量和密度賦予了黑洞極為強大的引力,但光並不同於其它的物質,它沒有質量。
  • 被黑洞吸走的東西去哪了?科學家:進去就不是「東西」了
    主要源於兩點,黑洞的特性與物質的本質。 黑洞的特點:引力超級大,光都能拐跑,這麼說並不準確。實際上,光是「自願的」,並非是被吸引,因為引力不是「力」,而是質量造成的時空效果。 廣義相對論的蘋果落地 引力最早的版本(牛頓),物與物相互吸引,與質量和距離有關,所以地球能把蘋果拽到地上。
  • 宇宙中速度最快的光也逃脫不了黑洞,如果人類掉進黑洞會發生什麼
    大家好,我是你們的啊柒,今天討論的是宇宙中連速度最快的光都逃脫不了黑洞,假如人類掉進黑洞會發生什麼呢?由啊柒為你解答心中的迷團。在1970年科學家第一次發現黑洞的存在,從那時起開始了人類對黑洞的研究。也因為黑洞的密度極其大,其重力相當於400億顆太陽,其強大的引力肆無忌憚地吞噬周圍其他物質,就連光也逃脫不了它的強大引力。正是由於它不斷吞噬物質使得周圍的氣流的輻射被人類所發現。那麼如果我們人類被黑洞強大的引力吸進去,會怎麼樣呢?首先人類會被黑洞強大的引力拉扯成像義大利麵條那樣子,變成基本的粒子。